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最佳的解決方案帶來高精度

2011-02-22
作者:Bonnie Baker,德州儀器 (TI) 高級工程師

    我們還沒有完成PGA-SAR 系統和△-∑ 轉換器之間的比較。在我最后一篇文章(《ADC 吞吐時間:SAR轉換器與△-∑ 轉換器的比較》)中,我們比較了這兩種系統的吞吐時間。文中,我們得出了這樣的結論:PGA-SAR 系統和我們所研究△-∑轉換器的吞吐時間非常接近;70 ksps和24 ksps 在內。您在電子郵件中稱這種差異如此微小,小到沒有任何差別。什么是最好的系統?這種評估,看起來像是旗鼓相當,但在精確度方面呢?

    您會在系統是否可以(平均而言)產生正確的輸出值方面想到精確度。您可以利用DC規(guī)范(例如:補償、增益和線性等)來最為貼切地對精確度進行描述。在這種評估中,您應該使用系統設備的最小和/或最大規(guī)范值。

    您可以使用下列公式計算PGA-SAR 的參考輸入(RTI) 偏移誤差:

SYSTEMOFFSET-ERROR = PGAOFFSET-ERROR + (OPAOFFSET-ERROR + ADCOFFSET-ERROR)/ GAINPGA

    您也可以用類似的方法,計算系統的RTI 增益誤差和線性誤差。

    一般而言,您可以利用和的方根(RSS) 計算方法,將不相關的DC 誤差、偏置增益、偏移量和線性組合在一起。注意,您應該把這些誤差歸因為系統輸入。利用下列公式,您可以組合DC 誤差來確定系統的總不可調誤差(TUE):

TUESYSTEM = (SYSTEMOFFSET-ERROR2 + SYSTEMGAIN-ERROR 2 + SYSTEMLINEARITY-ERROR2)

    總之,隨著增益的增加,SAR-ADC 的精確度即TUE 變得糟糕。其意義可能并非立刻顯現,但需記住有兩個因素在起作用。增加PGA 增益,讓系統輸入滿量程電壓范圍和我們的12 位系統的實際電壓LSB 大小降低,同時OPA 和ADC 的絕對電壓誤差減少。不幸的是,PGA 偏置電壓誤差保持恒定。

    讓我們把這種討論同△-∑轉換器的TUE特性進行對比。您中的許多人在這次EDN 系列期間回復了電子郵件,對我之前發(fā)表的《冒一次險,去掉那些比特吧!》文章中所提問題(PGA-SAR 和△-∑ 轉換器哪種最好?)的答案進行了回答。許多讀者都認為△-∑轉換器在這次比較中獲勝。

    正如所有其他ADC 一樣,△-∑轉換器產生偏置、增益和線性DC誤差。過程增益與△-∑轉換器對模擬增益與PGA-SAR 電路運用之間的關鍵區(qū)別是,偏置誤差不乘以過程增益。另一方面,增益和線性誤差與過程增益增加成反比例關系。最終結果是TUE隨過程增益的增加而降低。但是,FSR 百分比TUE保持恒定。

    有時,理論難講,而事實更容易理解。為了更容易討論,表1 列舉了頂級PGA-SAR 系統對比先進△-∑ 轉換器的數據。

表1 將基線數據同PGA-SAR 系統和△-∑ 轉換器的TUE性能對比。

    表1 中,PGA-SAR 系統的器件為PGA116(可編程增益放大器)、OPA351(運算放大器)和ADS7886(12 位ADC)?!?∑轉換器為ADS1158(24 位ADC)。

    在特定的精確度評估中,我們發(fā)現兩個系統都沒有12 位精確度水平性能,但是PGA-SAR 組合一般較△-∑ 轉換器更加精確。我對您們找到兩個具有相當吞吐速率的系統(其中,在其全部增益范圍內PGA-SAR 系統的精確度一般低于△-∑ 轉換器)表示懷疑。逛逛TI E2ETM社區(qū),您可以參加其他數據轉換器討論:http://e2e.ti.com/cn/forums/default.aspx?GroupID=10。

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